Народився в місті Солуні в Греції. Батьки, таємні християни, хрестили його і наставили у вірі. Батько його, римський проконсул, помер, коли Димитрій досяг повноліття. Імператор Максиміан Галерій, що вступив на престол в 305 році, призначив Димитрія на місце батька володарем і воєводою Фессалонії.

Головним обов’язком Димитрія було захищати свою область від зовнішніх ворогів, але імператор зажадав від нього також, щоб він винищував християн. Димитрій замість цього став викорінювати язичницькі звичаї, а язичників навертати до Христової віри.
Звичайно, імператорові незабаром донесли, що проконсул Димитрій – християнин.

Повертаючись з походу проти сарматів (племен, що населяли тоді північнопричорноморські степи), Максиміан зупинився в Солуні. Готуючись до смерті, Димитрій роздав своє майно бідним, а сам віддався молитві й посту.

Імператор заточив проконсула в темницю і почав розважати себе й жителів Солуня гладіаторськими боями в цирку. Християн розшукували й тягли на арену. Відомий серед гладіаторів задерикуватий Лій легко долав лагідних християн у бою і, на радість озвірілому натовпу, скидав їх на списи воїнів.

Юнак Нестор, з християн, відвідав Димитрія у в’язниці, і Димитрій благословив його на єдиноборство з Лієм. Зміцнюваний Богом, Нестор здолав гордого гладіатора й кинув його на списи воїнів. Нестора повинні були нагородити, як переможця, але замість цього його стратили, як християнина.

За наказом імператора в’язничними сторожами було пронизано Димитрія списами в 306 році. Тіло великомученика Димитрія викинули на поживу звірям, але солуняни таємно поховали його. Слуга Димитрія Лупп взяв криваву ризу і перстень мученика та почав ними зцілювати недужих. Його теж стратили.

Під час правління імператора Костянтина Великого (324-337 рр.) над могилою великомученика Димитрія спорудили храм, а через сто років були знайдені його нетлінні мощі. При гробі великомученика Димитрія відбувалися численні Божі чудеса та зцілення.

За правління імператора Маврикія авари, що в тогочассі жили на Дону, осадили місто Солунь. Святий Димитрій з’явився на міській стіні, і 100-тисячне військо облягаючих кинулося навтьоки.

Іншим разом святий врятував місто від голоду.

Житіє святого Димитрія оповідає, що він звільняв полонених від ярма невірних і допомагав їм досягти Солуня.

З VII століття із ковчега з мощами святого Димитрія почало витікати запашне і чудотворне миро, про що писали сучасники. У XIV столітті Димитрій Хризолог писав про нього: миро «за своєю властивістю – не вода, але густіше за неї і не схоже на жодне з відомих нам речовин… Воно дивніше всіх пахощів не лише штучних, але і по єству створених Богом». З цієї причини великомученика Димитрія назвали мироточивим.